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trunk/libf/phylmd/yamada4.f90 revision 62 by guez, Thu Jul 26 14:37:37 2012 UTC trunk/Sources/phylmd/yamada4.f revision 229 by guez, Mon Nov 6 17:20:45 2017 UTC
# Line 2  module yamada4_m Line 2  module yamada4_m
2    
3    IMPLICIT NONE    IMPLICIT NONE
4    
   real, parameter:: kap = 0.4  
5    private    private
6    public yamada4    public yamada4
7      real, parameter:: kap = 0.4
8    
9  contains  contains
10    
11    SUBROUTINE yamada4(ngrid, dt, g, zlev, zlay, u, v, teta, cd, q2, km, kn, &    SUBROUTINE yamada4(dt, g, zlev, zlay, u, v, teta, cd, q2, km, kn, kq, ustar)
        kq, ustar, iflag_pbl)  
12    
13      ! From LMDZ4/libf/phylmd/yamada4.F, version 1.1 2004/06/22 11:45:36      ! From LMDZ4/libf/phylmd/yamada4.F, version 1.1 2004/06/22 11:45:36
14    
15      USE dimphy, ONLY : klev, klon      USE conf_phys_m, ONLY: iflag_pbl
16        USE dimphy, ONLY: klev
17        use nr_util, only: assert, assert_eq
18    
     integer ngrid  
19      REAL, intent(in):: dt ! pas de temps      REAL, intent(in):: dt ! pas de temps
20      real, intent(in):: g      real, intent(in):: g
21    
22      REAL zlev(klon, klev+1)      REAL zlev(:, :) ! (knon, klev + 1)
23      ! altitude à chaque niveau (interface inférieure de la couche de      ! altitude \`a chaque niveau (interface inf\'erieure de la couche de
24      ! même indice)      ! m\^eme indice)
25    
26      REAL zlay(klon, klev) ! altitude au centre de chaque couche      REAL, intent(in):: zlay(:, :) ! (knon, klev) altitude au centre de
27                                      ! chaque couche
28    
29      REAL u(klon, klev), v(klon, klev)      REAL, intent(in):: u(:, :), v(:, :) ! (knon, klev)
30      ! vitesse au centre de chaque couche (en entrée : la valeur au      ! vitesse au centre de chaque couche (en entr\'ee : la valeur au
31      ! début du pas de temps)      ! d\'ebut du pas de temps)
32    
33      REAL teta(klon, klev)      REAL, intent(in):: teta(:, :) ! (knon, klev)
34      ! température potentielle au centre de chaque couche (en entrée :      ! temp\'erature potentielle au centre de chaque couche (en entr\'ee :
35      ! la valeur au début du pas de temps)      ! la valeur au d\'ebut du pas de temps)
36    
37      REAL, intent(in):: cd(:) ! (ngrid) cdrag, valeur au début du pas de temps      REAL, intent(in):: cd(:) ! (knon) cdrag, valeur au d\'ebut du pas de temps
38    
39      REAL, intent(inout):: q2(klon, klev+1)      REAL, intent(inout):: q2(:, :) ! (knon, klev + 1)
40      ! $q^2$ au bas de chaque couche      ! $q^2$ au bas de chaque couche
41      ! En entrée : la valeur au début du pas de temps ; en sortie : la      ! En entr\'ee : la valeur au d\'ebut du pas de temps ; en sortie : la
42      ! valeur à la fin du pas de temps.      ! valeur \`a la fin du pas de temps.
43    
44      REAL km(klon, klev+1)      REAL km(:, :) ! (knon, klev + 1)
45      ! diffusivité turbulente de quantité de mouvement (au bas de      ! diffusivit\'e turbulente de quantit\'e de mouvement (au bas de
46      ! chaque couche) (en sortie : la valeur à la fin du pas de temps)      ! chaque couche) (en sortie : la valeur \`a la fin du pas de temps)
47    
48      REAL kn(klon, klev+1)      REAL kn(:, :) ! (knon, klev + 1)
49      ! diffusivité turbulente des scalaires (au bas de chaque couche)      ! diffusivit\'e turbulente des scalaires (au bas de chaque couche)
50      ! (en sortie : la valeur à la fin du pas de temps)      ! (en sortie : la valeur \`a la fin du pas de temps)
   
     REAL kq(klon, klev+1)  
     real ustar(klon)  
   
     integer iflag_pbl  
     ! iflag_pbl doit valoir entre 6 et 9  
     ! l = 6, on prend systématiquement une longueur d'équilibre  
     ! iflag_pbl = 6 : MY 2.0  
     ! iflag_pbl = 7 : MY 2.0.Fournier  
     ! iflag_pbl = 8 : MY 2.5  
     ! iflag_pbl = 9 : un test ?  
51    
52      ! Local:      REAL kq(:, :) ! (knon, klev + 1)
53        real, intent(in):: ustar(:) ! (knon)
54    
55      real kmin, qmin, pblhmin(klon), coriol(klon)      ! Local:
56        integer knon
57        real kmin, qmin
58        real pblhmin(size(cd)), coriol(size(cd)) ! (knon)
59      real qpre      real qpre
60      REAL unsdz(klon, klev)      REAL unsdz(size(zlay, 1), size(zlay, 2)) ! (knon, klev)
61      REAL unsdzdec(klon, klev+1)      REAL unsdzdec(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
62      REAL kmpre(klon, klev+1), tmp2      real delta(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
63      REAL mpre(klon, klev+1)      real aa(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
64      real delta(klon, klev+1)      real aa1
     real aa(klon, klev+1), aa0, aa1  
     integer, PARAMETER:: nlay = klev  
     integer, PARAMETER:: nlev = klev+1  
65      logical:: first = .true.      logical:: first = .true.
66      integer:: ipas = 0      integer:: ipas = 0
67      integer ig, k      integer ig, k
68      real ri      real ri
69      real rif(klon, klev+1), sm(klon, klev+1), alpha(klon, klev)      real, dimension(size(zlev, 1), size(zlev, 2)):: rif, sm ! (knon, klev + 1)
70      real m2(klon, klev+1), dz(klon, klev+1), zq, n2(klon, klev+1)      real alpha(size(zlay, 1), size(zlay, 2)) ! (knon, klev)
71      real dtetadz(klon, klev+1)  
72      real m2cstat, mcstat, kmcstat      real, dimension(size(zlev, 1), size(zlev, 2)):: m2, dz, n2
73      real l(klon, klev+1)      ! (knon, klev + 1)
74      real, save:: l0(klon)      
75      real sq(klon), sqz(klon), zz(klon, klev+1)      real zq
76        real dtetadz(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
77        real l(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
78        real l0(size(cd)) ! (knon)
79        real sq(size(cd)), sqz(size(cd)) ! (knon)
80        real zz(size(zlev, 1), size(zlev, 2)) ! (knon, klev + 1)
81      integer iter      integer iter
82      real:: ric = 0.195, rifc = 0.191, b1 = 16.6, kap = 0.4      real:: ric = 0.195, rifc = 0.191, b1 = 16.6
     real rino(klon, klev+1), smyam(klon, klev), styam(klon, klev)  
     real lyam(klon, klev), knyam(klon, klev)  
83    
84      !-----------------------------------------------------------------------      !-----------------------------------------------------------------------
85    
86      if (.not. (iflag_pbl >= 6 .and. iflag_pbl <= 9)) then      call assert(any(iflag_pbl == [6, 8, 9]), "yamada4 iflag_pbl")
87         print *, 'probleme de coherence dans appel a MY'      knon = assert_eq([size(zlev, 1), size(zlay, 1), size(u, 1), size(v, 1), &
88         stop 1           size(teta, 1), size(cd), size(q2, 1), size(km, 1), size(kn, 1), &
89      endif           size(kq, 1)], "yamada4 knon")
90        call assert(klev == [size(zlev, 2) - 1, size(zlay, 2), size(u, 2), &
91             size(v, 2), size(teta, 2), size(q2, 2) - 1, size(km, 2) - 1, &
92             size(kn, 2) - 1, size(kq, 2) - 1], "yamada4 klev")
93    
94      ipas = ipas+1      ipas = ipas + 1
95    
96      ! les increments verticaux      ! les increments verticaux
97      DO ig = 1, ngrid      DO ig = 1, knon
98         ! alerte: zlev n'est pas declare a nlev         ! alerte: zlev n'est pas declare a klev + 1
99         zlev(ig, nlev) = zlay(ig, nlay) +(zlay(ig, nlay) - zlev(ig, nlev-1))         zlev(ig, klev + 1) = zlay(ig, klev) + (zlay(ig, klev) - zlev(ig, klev))
100      ENDDO      ENDDO
101    
102      DO k = 1, nlay      DO k = 1, klev
103         DO ig = 1, ngrid         DO ig = 1, knon
104            unsdz(ig, k) = 1.E+0/(zlev(ig, k+1)-zlev(ig, k))            unsdz(ig, k) = 1.E+0/(zlev(ig, k + 1)-zlev(ig, k))
105         ENDDO         ENDDO
106      ENDDO      ENDDO
107      DO ig = 1, ngrid  
108        DO ig = 1, knon
109         unsdzdec(ig, 1) = 1.E+0/(zlay(ig, 1)-zlev(ig, 1))         unsdzdec(ig, 1) = 1.E+0/(zlay(ig, 1)-zlev(ig, 1))
110      ENDDO      ENDDO
111      DO k = 2, nlay  
112         DO ig = 1, ngrid      DO k = 2, klev
113           DO ig = 1, knon
114            unsdzdec(ig, k) = 1.E+0/(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))            unsdzdec(ig, k) = 1.E+0/(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))
115         ENDDO         ENDDO
116      ENDDO      ENDDO
117      DO ig = 1, ngrid  
118         unsdzdec(ig, nlay+1) = 1.E+0/(zlev(ig, nlay+1)-zlay(ig, nlay))      DO ig = 1, knon
119           unsdzdec(ig, klev + 1) = 1.E+0/(zlev(ig, klev + 1)-zlay(ig, klev))
120      ENDDO      ENDDO
121    
122      do k = 2, klev      do k = 2, klev
123         do ig = 1, ngrid         do ig = 1, knon
124            dz(ig, k) = zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1)            dz(ig, k) = zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1)
125            m2(ig, k) = ((u(ig, k)-u(ig, k-1))**2+(v(ig, k)-v(ig, k-1))**2) &            m2(ig, k) = ((u(ig, k)-u(ig, k-1))**2 + (v(ig, k)-v(ig, k-1))**2) &
126                 /(dz(ig, k)*dz(ig, k))                 /(dz(ig, k)*dz(ig, k))
127            dtetadz(ig, k) = (teta(ig, k)-teta(ig, k-1))/dz(ig, k)            dtetadz(ig, k) = (teta(ig, k)-teta(ig, k-1))/dz(ig, k)
128            n2(ig, k) = g*2.*dtetadz(ig, k)/(teta(ig, k-1)+teta(ig, k))            n2(ig, k) = g*2.*dtetadz(ig, k)/(teta(ig, k-1) + teta(ig, k))
129            ri = n2(ig, k)/max(m2(ig, k), 1.e-10)            ri = n2(ig, k)/max(m2(ig, k), 1.e-10)
130            if (ri.lt.ric) then            if (ri.lt.ric) then
131               rif(ig, k) = frif(ri)               rif(ig, k) = frif(ri)
132            else            else
133               rif(ig, k) = rifc               rif(ig, k) = rifc
134            endif            endif
135            if(rif(ig, k).lt.0.16) then            if (rif(ig, k).lt.0.16) then
136               alpha(ig, k) = falpha(rif(ig, k))               alpha(ig, k) = falpha(rif(ig, k))
137               sm(ig, k) = fsm(rif(ig, k))               sm(ig, k) = fsm(rif(ig, k))
138            else            else
# Line 143  contains Line 143  contains
143         enddo         enddo
144      enddo      enddo
145    
146      ! Au premier appel, on détermine l et q2 de façon itérative.      ! Au premier appel, on d\'etermine l et q2 de fa\ccon it\'erative.
147      ! Itération pour déterminer la longueur de mélange      ! It\'eration pour d\'eterminer la longueur de m\'elange
148    
149      if (first .or. iflag_pbl == 6) then      if (first .or. iflag_pbl == 6) then
150         do ig = 1, ngrid         do ig = 1, knon
151            l0(ig) = 10.            l0(ig) = 10.
152         enddo         enddo
153         do k = 2, klev-1         do k = 2, klev-1
154            do ig = 1, ngrid            do ig = 1, knon
155               l(ig, k) = l0(ig) * kap * zlev(ig, k) &               l(ig, k) = l0(ig) * kap * zlev(ig, k) &
156                    / (kap * zlev(ig, k) + l0(ig))                    / (kap * zlev(ig, k) + l0(ig))
157            enddo            enddo
158         enddo         enddo
159    
160         do iter = 1, 10         do iter = 1, 10
161            do ig = 1, ngrid            do ig = 1, knon
162               sq(ig) = 1e-10               sq(ig) = 1e-10
163               sqz(ig) = 1e-10               sqz(ig) = 1e-10
164            enddo            enddo
165            do k = 2, klev-1            do k = 2, klev-1
166               do ig = 1, ngrid               do ig = 1, knon
167                  q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)                  q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)
168                  l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k))                  l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k))
169                  zq = sqrt(q2(ig, k))                  zq = sqrt(q2(ig, k))
# Line 172  contains Line 172  contains
172                  sq(ig) = sq(ig) + zq * (zlay(ig, k) - zlay(ig, k-1))                  sq(ig) = sq(ig) + zq * (zlay(ig, k) - zlay(ig, k-1))
173               enddo               enddo
174            enddo            enddo
175            do ig = 1, ngrid            do ig = 1, knon
176               l0(ig) = 0.2 * sqz(ig) / sq(ig)               l0(ig) = 0.2 * sqz(ig) / sq(ig)
177            enddo            enddo
178         enddo         enddo
# Line 181  contains Line 181  contains
181      ! Calcul de la longueur de melange.      ! Calcul de la longueur de melange.
182    
183      ! Mise a jour de l0      ! Mise a jour de l0
184      do ig = 1, ngrid      do ig = 1, knon
185         sq(ig) = 1.e-10         sq(ig) = 1.e-10
186         sqz(ig) = 1.e-10         sqz(ig) = 1.e-10
187      enddo      enddo
188      do k = 2, klev-1      do k = 2, klev-1
189         do ig = 1, ngrid         do ig = 1, knon
190            zq = sqrt(q2(ig, k))            zq = sqrt(q2(ig, k))
191            sqz(ig) = sqz(ig)+zq*zlev(ig, k)*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))            sqz(ig) = sqz(ig) + zq*zlev(ig, k)*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))
192            sq(ig) = sq(ig)+zq*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))            sq(ig) = sq(ig) + zq*(zlay(ig, k)-zlay(ig, k-1))
193         enddo         enddo
194      enddo      enddo
195      do ig = 1, ngrid      do ig = 1, knon
196         l0(ig) = 0.2*sqz(ig)/sq(ig)         l0(ig) = 0.2*sqz(ig)/sq(ig)
197      enddo      enddo
198      ! calcul de l(z)      ! calcul de l(z)
199      do k = 2, klev      do k = 2, klev
200         do ig = 1, ngrid         do ig = 1, knon
201            l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k))            l(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k))
202            if(first) then            if (first) then
203               q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)               q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)
204            endif            endif
205         enddo         enddo
206      enddo      enddo
207    
     ! Yamada 2.0  
208      if (iflag_pbl == 6) then      if (iflag_pbl == 6) then
209           ! Yamada 2.0
210         do k = 2, klev         do k = 2, klev
211            do ig = 1, ngrid            do ig = 1, knon
212               q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)               q2(ig, k) = l(ig, k)**2 * zz(ig, k)
213            enddo            enddo
214         enddo         enddo
     else if (iflag_pbl == 7) then  
        ! Yamada 2.Fournier  
   
        ! Calcul de l, km, au pas precedent  
        do k = 2, klev  
           do ig = 1, ngrid  
              delta(ig, k) = q2(ig, k) / (l(ig, k)**2 * sm(ig, k))  
              kmpre(ig, k) = l(ig, k) * sqrt(q2(ig, k)) * sm(ig, k)  
              mpre(ig, k) = sqrt(m2(ig, k))  
           enddo  
        enddo  
   
        do k = 2, klev-1  
           do ig = 1, ngrid  
              m2cstat = max(alpha(ig, k)*n2(ig, k)+delta(ig, k)/b1, 1.e-12)  
              mcstat = sqrt(m2cstat)  
   
              ! puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m  
              ! supposee en q3  
   
              IF (k == 2) THEN  
                 kmcstat = 1.E+0 / mcstat &  
                      *(unsdz(ig, k)*kmpre(ig, k+1) &  
                      *mpre(ig, k+1) &  
                      +unsdz(ig, k-1) &  
                      *cd(ig) &  
                      *(sqrt(u(ig, 3)**2+v(ig, 3)**2) &  
                      -mcstat/unsdzdec(ig, k) &  
                      -mpre(ig, k+1)/unsdzdec(ig, k+1))**2) &  
                      /(unsdz(ig, k)+unsdz(ig, k-1))  
              ELSE  
                 kmcstat = 1.E+0 / mcstat &  
                      *(unsdz(ig, k)*kmpre(ig, k+1) &  
                      *mpre(ig, k+1) &  
                      +unsdz(ig, k-1)*kmpre(ig, k-1) &  
                      *mpre(ig, k-1)) &  
                      /(unsdz(ig, k)+unsdz(ig, k-1))  
              ENDIF  
              tmp2 = kmcstat / (sm(ig, k) / q2(ig, k)) /l(ig, k)  
              q2(ig, k) = max(tmp2, 1.e-12)**(2./3.)  
           enddo  
        enddo  
215      else if (iflag_pbl >= 8) then      else if (iflag_pbl >= 8) then
216         ! Yamada 2.5 a la Didi         ! Yamada 2.5 a la Didi
217    
218         ! Calcul de l, km, au pas precedent         ! Calcul de l, km, au pas precedent
219         do k = 2, klev         do k = 2, klev
220            do ig = 1, ngrid            do ig = 1, knon
221               delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig, k)**2*sm(ig, k))               delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig, k)**2*sm(ig, k))
222               if (delta(ig, k).lt.1.e-20) then               if (delta(ig, k).lt.1.e-20) then
223                  delta(ig, k) = 1.e-20                  delta(ig, k) = 1.e-20
224               endif               endif
225               km(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig, k))*sm(ig, k)               km(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig, k))*sm(ig, k)
              aa0 = (m2(ig, k)-alpha(ig, k)*n2(ig, k)-delta(ig, k)/b1)  
226               aa1 = (m2(ig, k)*(1.-rif(ig, k))-delta(ig, k)/b1)               aa1 = (m2(ig, k)*(1.-rif(ig, k))-delta(ig, k)/b1)
227               aa(ig, k) = aa1*dt/(delta(ig, k)*l(ig, k))               aa(ig, k) = aa1*dt/(delta(ig, k)*l(ig, k))
228               qpre = sqrt(q2(ig, k))               qpre = sqrt(q2(ig, k))
229               if (iflag_pbl == 8) then               if (iflag_pbl == 8) then
230                  if (aa(ig, k).gt.0.) then                  if (aa(ig, k).gt.0.) then
231                     q2(ig, k) = (qpre+aa(ig, k)*qpre*qpre)**2                     q2(ig, k) = (qpre + aa(ig, k)*qpre*qpre)**2
232                  else                  else
233                     q2(ig, k) = (qpre/(1.-aa(ig, k)*qpre))**2                     q2(ig, k) = (qpre/(1.-aa(ig, k)*qpre))**2
234                  endif                  endif
# Line 288  contains Line 245  contains
245         enddo         enddo
246      endif      endif
247    
248      ! Calcul des coefficients de mélange      ! Calcul des coefficients de m\'elange
249      do k = 2, klev      do k = 2, klev
250         do ig = 1, ngrid         do ig = 1, knon
251            zq = sqrt(q2(ig, k))            zq = sqrt(q2(ig, k))
252            km(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k)            km(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k)
253            kn(ig, k) = km(ig, k)*alpha(ig, k)            kn(ig, k) = km(ig, k)*alpha(ig, k)
# Line 304  contains Line 261  contains
261      ! Traitement particulier pour les cas tres stables.      ! Traitement particulier pour les cas tres stables.
262      ! D'apres Holtslag Boville.      ! D'apres Holtslag Boville.
263    
264      do ig = 1, ngrid      do ig = 1, knon
265         coriol(ig) = 1.e-4         coriol(ig) = 1.e-4
266         pblhmin(ig) = 0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)), 2.546e-5)         pblhmin(ig) = 0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)), 2.546e-5)
267      enddo      enddo
268    
     print *, 'pblhmin ', pblhmin  
269      do k = 2, klev      do k = 2, klev
270         do ig = 1, klon         do ig = 1, knon
271            if (teta(ig, 2).gt.teta(ig, 1)) then            if (teta(ig, 2).gt.teta(ig, 1)) then
272               qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig, k)/pblhmin(ig), 0.))**2               qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig, k)/pblhmin(ig), 0.))**2
273               kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin               kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin
# Line 329  contains Line 285  contains
285         enddo         enddo
286      enddo      enddo
287    
     ! Diagnostique pour stokage  
   
     rino = rif  
     smyam(:, 1:klev) = sm(:, 1:klev)  
     styam = sm(:, 1:klev)*alpha(:, 1:klev)  
     lyam(1:klon, 1:klev) = l(:, 1:klev)  
     knyam(1:klon, 1:klev) = kn(:, 1:klev)  
   
288      first = .false.      first = .false.
289    
290    end SUBROUTINE yamada4    end SUBROUTINE yamada4
# Line 347  contains Line 295  contains
295    
296      real, intent(in):: ri      real, intent(in):: ri
297    
298      frif = 0.6588*(ri+0.1776-sqrt(ri*ri-0.3221*ri+0.03156))      frif = 0.6588*(ri + 0.1776-sqrt(ri*ri-0.3221*ri + 0.03156))
299    
300    end function frif    end function frif
301    
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